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Panoramica sullo sviluppo delle antenne GNSS ad alta precisione
2021-12-28
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introduzione
Con il continuo sviluppo e miglioramento della tecnologia di posizionamento satellitare, la tecnologia di posizionamento ad alta precisione ha trovato applicazione in tutti gli ambiti della vita moderna. Ad esempio, in settori come la topografia e la cartografia, l'agricoltura di precisione, i droni e la guida autonoma, la tecnologia di posizionamento ad alta precisione è onnipresente. In particolare, con il completamento dell'integrazione in rete del sistema di navigazione satellitare di nuova generazione di Beidou e l'avvento dell'era 5G, si prevede che il continuo sviluppo di Beidou + 5G promuoverà l'applicazione della tecnologia di posizionamento ad alta precisione nella gestione del traffico aeroportuale, nell'ispezione robotizzata, nel monitoraggio dei veicoli, nella gestione della logistica e in altri settori. La realizzazione della tecnologia di posizionamento ad alta precisione è inscindibile dal supporto di antenne ad alta precisione, algoritmi ad alta precisione e schede ad alta precisione. Questo articolo illustra principalmente lo sviluppo e l'applicazione delle antenne ad alta precisione e lo stato attuale della tecnologia.
1. Sviluppo e applicazione di antenne GNSS ad alta precisione
1.1 Introduzione alle antenne di alta precisione
Nel campo dei GNSS, le antenne ad alta precisione sono un tipo di antenna che presenta requisiti specifici per la stabilità del centro di fase. Vengono solitamente utilizzate in combinazione con schede ad alta precisione per ottenere un posizionamento di precisione centimetrica o millimetrica. Nella progettazione di antenne ad alta precisione, sono generalmente richiesti parametri specifici per i seguenti indicatori: ampiezza del fascio, guadagno a bassa elevazione, ovalizzazione, coefficiente di roll-off, rapporto fronte-retro, resistenza al multipath, ecc. Questi indicatori influenzano direttamente o indirettamente la stabilità del centro di fase dell'antenna, con conseguenti ripercussioni sulla precisione del posizionamento.
1.2 Applicazione e classificazione delle antenne di alta precisione
Le antenne GNSS ad alta precisione erano inizialmente utilizzate principalmente nel campo del rilevamento e della cartografia per ottenere una precisione di posizionamento statico a livello millimetrico in attività come il tracciamento ingegneristico, la mappatura topografica e vari processi di misurazione e controllo. Con la crescente maturità della tecnologia di posizionamento ad alta precisione, le antenne ad alta precisione vengono gradualmente impiegate in un numero sempre maggiore di settori, tra cui stazioni di riferimento a funzionamento continuo, monitoraggio delle deformazioni, monitoraggio sismico, rilevamento e cartografia, droni, agricoltura di precisione, guida autonoma, test e formazione alla guida, macchinari per l'ingegneria e altri settori industriali. Anche i requisiti di prestazione delle antenne variano significativamente a seconda dell'applicazione.
1.2.1 Sistema CORS, monitoraggio delle deformazioni, antenna della stazione di riferimento per il monitoraggio dei terremoti
Quando si utilizzano antenne ad alta precisione nelle stazioni di riferimento a funzionamento continuo, si ottengono informazioni accurate sulla posizione attraverso osservazioni a lungo termine e i dati di osservazione vengono trasmessi al centro di controllo in tempo reale tramite il sistema di comunicazione dati. Il centro di controllo calcola i parametri di correzione dell'errore nell'area e quindi invia le informazioni sull'errore al rover (lato utente) tramite il sistema di miglioramento a terra, il sistema di miglioramento ad ampia area, il sistema di miglioramento satellitare, ecc., consentendo infine all'utente di ottenere informazioni accurate sulle coordinate [1].In applicazioni come il monitoraggio delle deformazioni e il monitoraggio dei terremoti, è necessario monitorare con precisione l'entità della deformazione e rilevare anche le deformazioni più piccole per prevedere il verificarsi di disastri naturali.Pertanto, nella progettazione di antenne ad alta precisione per applicazioni quali stazioni di riferimento a funzionamento continuo, monitoraggio delle deformazioni e monitoraggio dei terremoti, il primo aspetto da considerare è l'eccellente stabilità del centro di fase e la capacità di resistere alle interferenze multipath, in modo da poter fornire informazioni di posizione accurate in tempo reale a vari sistemi di miglioramento. Inoltre, per fornire il maggior numero possibile di parametri di correzione satellitare, l'antenna deve ricevere il segnale dal maggior numero possibile di satelliti, e la configurazione a banda completa a quattro sistemi è diventata una configurazione standard. In tali applicazioni, un'antenna della stazione di riferimento (antenna della stazione base) che copre l'intera banda di frequenza dei quattro sistemi viene solitamente utilizzata come antenna di osservazione del sistema.
1.2.2 Misurazione e mappatura - antenna di misurazione integrata
Nel campo della misurazione e della mappatura, è necessario progettare un'antenna di misurazione integrata che sia facile da integrare. L'antenna è solitamente costruita sopra il ricevitore RTK per ottenere un posizionamento in tempo reale ad alta precisione nel campo della misurazione e della mappatura.Le principali considerazioni nella progettazione delle antenne di misura integrate includono la copertura della banda di frequenza, la copertura del fascio, la stabilità del centro di fase, le dimensioni dell'antenna, ecc. Soprattutto con la diffusione delle applicazioni RTK di rete, le antenne di misura integrate full-network che integrano 4G, Bluetooth e Wi-Fi hanno gradualmente conquistato una quota di mercato significativa. Dal loro lancio nel 2016, sono state apprezzate dalla maggior parte dei produttori di ricevitori RTK e sono state ampiamente utilizzate e promosse.
1.2.3 Prova di guida e addestramento alla guida, guida autonoma - antenna di misurazione esterna
Il sistema tradizionale di esame di guida presenta numerosi svantaggi, come elevati costi di investimento, costi di esercizio e manutenzione, forte impatto ambientale, bassa precisione, ecc. Grazie all'applicazione di antenne ad alta precisione, il sistema di esame di guida passa da una valutazione manuale a una valutazione intelligente, con un'elevata accuratezza, riducendo notevolmente i costi in termini di risorse umane e materiali.Negli ultimi anni, i sistemi di guida autonoma si sono sviluppati rapidamente. Nella guida autonoma, si utilizza solitamente una tecnologia di posizionamento che combina il posizionamento ad alta precisione RTK e la navigazione inerziale, in grado di raggiungere un'elevata precisione di posizionamento nella maggior parte degli ambienti.Nei sistemi di addestramento alla guida, nella guida autonoma e in altri ambiti, si utilizza spesso un'antenna di misurazione esterna, che richiede che l'antenna abbia bande di frequenza operative multisistema e multifrequenza, sia in grado di raggiungere una maggiore precisione di posizionamento, abbia una certa capacità di sopprimere i segnali multipath, possieda una buona adattabilità ambientale e possa essere utilizzata a lungo in ambienti esterni senza guasti.
1.2.4 Antenna per drone ad alta precisione
Il settore dei droni si è sviluppato rapidamente negli ultimi anni. I droni sono ampiamente utilizzati nella protezione delle colture agricole, nel rilevamento e nella mappatura, nell'ispezione delle linee elettriche e in altri scenari. In tali contesti, solo antenne ad alta precisione possono garantire l'accuratezza, l'efficienza e la sicurezza delle diverse operazioni. Poiché i droni sono caratterizzati da velocità elevata, carico leggero e autonomia limitata, la progettazione di antenne ad alta precisione per droni si concentra principalmente su fattori quali peso, dimensioni e consumo energetico, cercando di ottenere una banda passante il più ampia possibile, pur mantenendo peso e dimensioni contenuti.
2. Stato attuale della tecnologia delle antenne GNSS in patria e all'estero
2.1 Stato attuale della tecnologia estera per antenne ad alta precisione
La ricerca estera sulle antenne ad alta precisione è iniziata prima, e sono stati sviluppati una serie di prodotti con prestazioni superiori, come le antenne a bobina di induttanza della serie GNSS 750 di NoVatel, le antenne della serie Zepryr di Trimble, le antenne Leica AR25, ecc., tra cui molte forme di antenna innovative. Pertanto, per lungo tempo, il mercato cinese delle antenne ad alta precisione è stato dominato da prodotti stranieri. Tuttavia, negli ultimi dieci anni, con l'ascesa di un gran numero di produttori nazionali, le antenne GNSS ad alta precisione straniere non hanno praticamente più alcun vantaggio in termini di prestazioni. Di conseguenza, i produttori nazionali di antenne ad alta precisione hanno iniziato ad espandere i propri mercati all'estero.Inoltre, negli ultimi anni sono emersi all'estero alcuni nuovi produttori di antenne GNSS, come Maxtena, Tallysman, ecc. I loro prodotti sono principalmente piccole antenne GNSS utilizzate in droni, veicoli e altri sistemi. La forma dell'antenna è solitamente quella di un'antenna a microstriscia ad alta costante dielettrica o di un'antenna elicoidale a quattro bracci. I produttori stranieri non hanno più un vantaggio nella tecnologia di progettazione di questo tipo di antenna e i prodotti nazionali ed esteri stanno entrando in un periodo di concorrenza omogenea.
2.2 Stato attuale della tecnologia nazionale per antenne ad alta precisione
La commercializzazione di antenne di alta precisione di produzione nazionale è iniziata tardi, ma si è sviluppata rapidamente. Negli ultimi dieci anni, diversi produttori nazionali di antenne di alta precisione, come Huaxin Antenna, Hi-Tech, Dingyao, Jiali Electronics, ecc., hanno iniziato a crescere e a svilupparsi, creando una serie di prodotti con diritti di proprietà intellettuale propri.Ad esempio, nel campo delle antenne per stazioni base e delle antenne di misura integrate, le antenne a induttore 3D e le antenne a combinazione di rete completa di Huaxin non solo hanno raggiunto livelli di prestazioni leader a livello internazionale, ma vantano anche un'elevata affidabilità, una lunga durata e tassi di guasto estremamente bassi, che le rendono adatte a diverse applicazioni ambientali.In settori come quello automobilistico e dei droni, la tecnologia di progettazione delle antenne di misura esterne e delle antenne elicoidali a quattro bracci è diventata relativamente matura ed è stata ampiamente utilizzata nei sistemi di prova di guida, nella guida autonoma, nei droni e in altre applicazioni industriali, ottenendo buoni risultati economici e sociali.
3. Stato attuale e prospettive del mercato delle antenne GNSS
Nel 2018, il valore totale della produzione del settore dei servizi di navigazione satellitare e localizzazione del mio paese ha raggiunto i 301.6 miliardi di yuan, con un aumento del 18.3% rispetto al 2017 [2], e raggiungerà i 400 miliardi di yuan nel 2020. Nel 2019, il valore totale della produzione del mercato globale della navigazione satellitare è stato di 150 miliardi di euro e il numero di utenti di terminali GNSS ha raggiunto i 6.4 miliardi di unità. Nel contesto della recessione economica globale, il settore GNSS è uno dei pochi settori che ha invertito la tendenza ed è in crescita. L'Agenzia europea per i sistemi globali di navigazione satellitare prevede che il valore totale della produzione del mercato globale della navigazione satellitare raddoppierà, superando i 300 miliardi di euro nei prossimi dieci anni, e il numero di terminali GNSS aumenterà a 9.5 miliardi di unità.Nel mercato globale della navigazione satellitare, le apparecchiature terminali utilizzate nel traffico stradale, nei droni e in altri settori rappresenteranno il segmento di mercato a più rapida crescita nel prossimo decennio: i veicoli intelligenti e a guida autonoma costituiscono la principale direzione di sviluppo dei veicoli stradali del futuro e le auto con capacità di guida autonoma devono essere dotate di antenne GNSS ad alta precisione. Pertanto, il mercato della guida autonoma presenta un'enorme domanda di antenne GNSS. Con il continuo sviluppo del processo di modernizzazione agricola del mio Paese, l'utilizzo di droni per la protezione delle colture e di altri droni dotati di antenne di posizionamento ad alta precisione continuerà a crescere.4. Tendenza di sviluppo delle antenne GNSS ad alta precisione
Dopo anni di sviluppo di antenne GNSS ad alta precisione, diverse tecnologie sono diventate relativamente mature, ma ci sono ancora molte direzioni da esplorare:1. Miniaturizzazione: La miniaturizzazione delle apparecchiature elettroniche è una tendenza di sviluppo costante. In particolare, in applicazioni come droni e dispositivi portatili, la richiesta di antenne di piccole dimensioni è sempre più urgente. Tuttavia, la miniaturizzazione comporta una riduzione delle prestazioni dell'antenna. Come ridurre le dimensioni dell'antenna garantendo al contempo prestazioni ottimali è un'importante direzione di ricerca per le antenne di alta precisione.2. Tecnologia anti-multipath: la tecnologia anti-multipath per antenne GNSS comprende principalmente la tecnologia a bobina di blocco [3], la tecnologia dei materiali elettromagnetici artificiali [4][5], ecc. Tuttavia, tutte presentano degli svantaggi, come le grandi dimensioni, la larghezza di banda ridotta e il costo elevato, e non consentono una progettazione universale. Pertanto, è necessario studiare una tecnologia anti-multipath con caratteristiche di miniaturizzazione e banda larga per soddisfare le diverse esigenze applicative.3. Multifunzionalità: Oltre alle antenne GNSS, molti dispositivi oggi integrano anche più di un'antenna di comunicazione. Diversi sistemi di comunicazione possono causare varie interferenze di segnale alle antenne GNSS, compromettendo la normale raccolta delle stelle. Pertanto, l'antenna GNSS e l'antenna di comunicazione sono integrate nel progetto attraverso un'integrazione multifunzionale. L'interferenza tra le antenne viene presa in considerazione durante la progettazione, il che può migliorare le caratteristiche di compatibilità elettromagnetica e le prestazioni dell'intero dispositivo, aumentando al contempo il livello di integrazione.5. CONCLUSIONE
Questo articolo introduce brevemente le antenne GNSS ad alta precisione, concentrandosi sulle loro applicazioni in diversi settori e sullo stato tecnico delle antenne ad alta precisione a livello nazionale e internazionale, fornendo una panoramica del loro stato di mercato e delle tendenze di sviluppo. Con la diffusione della tecnologia 5G, la combinazione Beidou + 5G promuoverà ulteriormente l'applicazione della tecnologia di posizionamento ad alta precisione in un numero sempre maggiore di campi, aprendo così ampi margini di sviluppo per le antenne di posizionamento ad alta precisione.Questo articolo proviene da "rete di radiofrequenza a microondeSe riscontri violazioni o altri problemi, ti preghiamo di contattarci per richiederne la rimozione.Sostenete la tutela dei diritti di proprietà intellettuale; vi preghiamo di indicare la fonte originale e l'autore in caso di riproduzione.
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